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將理論課堂搬到實驗室———《模擬電子技術》理論與實踐一體化教學的探索 唐瑤 肖瑾





  做好高校專業(yè)理論課的教學實踐,教師應深入思考如何培養(yǎng)學生的團隊合作、溝通交流、動手實踐、思維創(chuàng)新等多方面能力,回歸到核心課程教學改革本身,將理論課、實驗以及創(chuàng)新實踐訓練融合,腳踏實地地開展教改探索和實踐。
  當前,傳統(tǒng)的教學模式,仍存在以下問題和不足。一是,往往將理論課與實驗分開進行,重理論輕實踐,或只側重于傳授知識或訓練某些技能,教學方法和實驗教學內容陳舊,缺乏以學習結果為導向,針對學生的專業(yè)知識、人際交往及團隊合作等能力設計的教學活動。二是,傳統(tǒng)的基于考試的評估方法使得學生專注于課程的理論知識和局部技巧,無法對所學知識形成完整的認識,缺乏系統(tǒng)的分析能力和開發(fā)實操能力,更談不上靈活應用知識,去解決實際工程問題。三是,近年來小班研討型教學模式在不斷推廣,但往往缺乏涉及到創(chuàng)新實踐項目軟硬件全系統(tǒng)開發(fā)的實訓環(huán)節(jié),小班化研討型教學能夠加強學生對于知識的理解,但是靈活應用和能力提高離不開基礎實驗和創(chuàng)新項目實踐環(huán)節(jié)。
  筆者承擔的《模擬電子技術》,是自動化類專業(yè)的核心課程,也是一門理論與實踐并重的課程。我們在深入研究CDIO-OBE工程教育模式的基礎上,以學習結果為導向,對該課程的教學目標、內容、過程及考核方式進行了綜合設計與教學探索。
  2004年,美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究團隊歷時四年創(chuàng)立了CDIO(Conceive構思,Design設計,Im-plement實施,Operate操作)工程教育理念。它以產(chǎn)品研發(fā)到運行的生命周期為載體,鼓勵學生以主動實踐、有機結合課程的方式學習工程。OBE(Outcomes-basedEducation基于學習結果的教育)模式,以學生為本,將重心放在學生受教育后獲得什么能力和能夠做什么上,要求一切教育活動、過程和課程設計都圍繞實現(xiàn)預期的學習結果來開展。CDIO與OBE工程教育模式在理念、形式等方面融通和契合,作為近年來國際工程教育改革的最新成果,代表了現(xiàn)階段國際先進工程教育的水平。
  我們嘗試將CDIO-OBE工程教育模式引入《模擬電子技術》教學實踐,將理論課教學搬到實驗室,實現(xiàn)理論課與實驗課的并軌教學。根據(jù)授課本科生的專業(yè),設計創(chuàng)新訓練項目,完成了小班化教學中的全覆蓋實踐,旨在形成一種徹底打破傳統(tǒng)理論課課堂教學、具備輻射效應的自動化類核心課程新型教學模式。
  該課程的教學改革,首先將工作重心放在了設計“學習的預期結果”,即設計創(chuàng)新項目題目上。例如,近期我國大中城市屢受霧霾侵襲,空氣中夾雜大量PM2.5等污染顆粒,能見度低,嚴重影響了人體健康。為減少吸入有害物質,很多人選擇了佩戴口罩進行防范,可如今市場上口罩產(chǎn)品品牌眾多,質量參差不齊,國外品牌的價格頗高。團隊教師針對這一社會需求,依據(jù)在北航本科生電工電子創(chuàng)新基地近十年來指導本科生科技實踐活動的經(jīng)驗,分析當下本科生的特點,并結合《模擬電子技術》授課對象生物醫(yī)學電子專業(yè)的背景,提出“智能防霧霾口罩”創(chuàng)新訓練項目,目標是設計出一款能根據(jù)人臉定制、實現(xiàn)空氣質量無線監(jiān)測等功能的智能防霧霾口罩。
  “智能防霧霾口罩”創(chuàng)新訓練項目綜合性強,融合了模擬電路、數(shù)字電路、單片機、3D掃描及打印、人機工程學等多項技術。具體措施如下:
  ———團隊教師圍繞啟發(fā)式典型項目,將重點放在傳感器電路、信號調理電路、控制電路、3D掃描及打印等內容上,撰寫了理論課和實驗課教案。
  ———實踐環(huán)節(jié)包括基礎實驗和創(chuàng)新項目訓練?;A實驗針對上述幾項主要教學內容設置,創(chuàng)新項目由各組學生自行指定方案并完成。
  ———學生自愿分組(3~4人/組),以組為單位進行項目的開題答辯、實物制作、結題答辯。并撰寫了學習心得和小論文。
  ———安排創(chuàng)新基地培養(yǎng)的具有科技項目經(jīng)歷的高年級學生擔任助教,指導各小組完成項目的實物制作。
  ———注重學生的學習過程,制定全新的課程考核方法。
  成績考核內容包括完成的課堂測驗、基礎實驗考核、實驗報告、開題及結題答辯、實物作品、小論文等。注重學生日常的學習過程和積累,學生與教師面對面、郵件或其他方式的交流討論、開放實驗室的考勤等都將計入考核內容。
  2015年12月,同學們進行了課程結題答辯。班里8組本科生(2012級北航生物醫(yī)學電子專業(yè)6組,北京學院2組)均展示了各自完成的實物作品,完成了答辯。精美的手機APP界面,頗顯專業(yè)的智能防霧霾口罩……無不讓教師們倍感欣慰,學生的反饋也讓教師深受啟發(fā)。
  孫文祥同學學習心得中寫道:“通過對一個項目的開題以及終期的要求,我們積累了大四綜合實驗以及畢業(yè)設計的經(jīng)驗。同時,這個項目也使我們充分了解了產(chǎn)品設計的過程,整個流程很大程度上提高了我們的自學能力?!?br>  蔡東陽同學感慨說:“經(jīng)過這一學期的學習實踐,我真真切切地體會到實際動手做一個項目帶來的巨大的益處……我們對硬件設計和各模塊的功能有了更深的了解,同時提高了動手能力,并深刻體會到團隊合作精神的重要性及相互討論過程中的樂趣?!?br>  王啟祥同學寫道:“本課程優(yōu)點包括獨特的學科交叉方式,編程能力、電路能力結合的最緊密。”
  來自北京服裝學院、在我校北京學院交流學習的牛頔璠同學寫道:“這次最讓我驚喜的是,看到了不同學科融合的無限可能性。我修了服裝設計與工程雙學位,沒想到可以與模電結合。當發(fā)現(xiàn)3D打印材料比較堅硬時,我直接用布做出了更加舒適的口罩,也提升了第二學位的技能。實驗課上的3D掃描和打印技術也非常令我著迷,我覺得3D技術跟服裝結合也可以進行創(chuàng)新,將來會繼續(xù)進行探索?!?br>  基于已經(jīng)開展的教改探索,《模擬電子技術》教學團隊申報的教學改革項目“CDIO-OBE工程教育模式下《模擬電子技術》理論課與實踐一體化的教學改革”,獲批了2015年教育部高等學校自動化類專業(yè)教學指導委員會專業(yè)教育教學改革研究課題立項。
 ?。ㄗ髡撸禾片?,北航電工電子中心教學主任、副教授;肖瑾,北航電工電子本科創(chuàng)新基地負責人、講師、博士)